МОУ СОШ №1 г.п.п. Чистые Боры Костромской области ТЮФ ГСР Задача «Гейзер». Выполнил: ученик 7 класса Бойцов Александр Руководитель: учитель физики Кутузова Светлана Николаевна 2008 год Задача Установите вертикально длинную трубку с водой. Нагрейте нижний торец трубки, и вы увидите, что происходит извержение воды. Если оборудовать сток воды обратно в трубку, можно наблюдать повторяющиеся извержения. Исследуйте параметры, которые влияют на то как этот процесс развивается во времени. Что такое гейзер ? • Гейзер -(geyser- «хлынуть» от исланд.) -это источник, который периодически, через определенное время выбрасывает фонтан горячей воды и пара. • Гейзеры – явление редкое. Они встречаются в Исландии ,США, Новой Зеландии, Японии. В России сосредоточены в большом количестве на Камчатке. • Извержение гейзера удивительно красивое зрелище. Так выглядит природный гейзер Визуальное наблюдение • Мощная струя кипящей воды, окутанная паром , с грохотом вырывается вверх, рассыпаясь на большой высоте мириадами брызг. Фонтан бьёт некоторое время, затем струя исчезает, рассеивается пар и всё успокаивается. • Вокруг гейзера есть небольшой природный бассейн. Земля вокруг гейзеров тёплая, даже горячая. • Периодичность извержения гейзеров варьирует от нескольких минут до месяца. Виртуальное исследование гейзера • «Заглянем» в бассейн гейзера после извержения – воды в нём нет. • В центре бассейна видно отверстие – канал, уходящий в глубь земли. Его называют трубкой гейзера. • Перед началом извержения вода поднимается по трубке, заполняет бассейн, бурлит, выплёскивается, а затем взлетает фонтан кипятка. • После окончания извержения вода из бассейна снова уходит в трубку. На основе поставленной проблемы и изучения литературы мы решили 1. 2. 3. 4. создать такой искусственный гейзер чтобы он удовлетворял следующим условиям: извержение жидкости из гейзера периодически повторялись высота выброса жидкости была максимальной выбрасываемую жидкость можно было собирать обратно величины которые влияют на выше перечисленное могли быть определены Оборудование • Стеклянная трубка длиной 80 см • Спиртовка • Часы • Термометр • Барометр • Металлическая труба: диаметр 2.5см, длина-1.3м из алюминия и стальная длиной 2м • Пластмассовая канистра • Банка из жести • Ведро для воды Наблюдение 1 Испытание установки для получения гейзера В результате… • В первом случае наблюдается нагревание воды за счёт теплопередачи конвекцией и выбрасывание её в верхней части в результате расширения и закипания воды в нижней части. • Чтобы извержения повторялись, воду нужно возвращать в трубку. Для этого надо создать верхний бассейн. А на уровне примерно 3/5 высоты трубки – дополнительный нагреватель, например электроспираль. Трубка может быть как с дном, так и открытой Поиск решения проблемы привёл к созданию второй установки • Вторая установка конструировалась по рекомендациям, найденным в журнале «Квант» Отрицательный результат – тоже результат • Со стальной двухметровой трубой, которая есть в нашем распоряжении пока мы не справились, а собрали установку, как имелась возможность увидеть ранее, используя алюминиевую трубу длиной 1,3м. • Но извержения гейзера по причине недостатков конструкции мы не дождались, хотя было увлекательно проводить даже это испытание. • Возникла цель – летом довести «гейзер» до результата. • Видеосъёмку и демонстрацию действующего гейзера можно использовать как наглядность на уроке географии при изучении темы «Вулканы и гейзеры» Механизм действия гейзера по Г. Бунзену • Г.Бунзен объяснил механизм действие гейзера еще в XIX веке. Он исследовал гейзеры в Исландии. Оказывается, что подземный бассейн совсем не нужен. Трубки, созданной источником, вполне достаточно для того, чтобы произошло извержение гейзера Бунзен измерял температуру воды в гейзере, опуская в трубку термометр и отмечая каждый раз глубину погружения термометра Результаты измерений По мере погружения в глубь трубки гейзера температура повышается. У вершины гейзера она была 85,5град. У основания возросла до 125град. Но вода в гейзере не кипит, хотя температура больше 100град. Мы знаем, что температура кипения зависит от давления. В трубке гейзера она больше 100град , т.к. там давление больше атмосферного на величину давления столба воды в трубке. И ни в одном месте трубки температура воды не достигает температуры кипения, соответствующей давлению в этом месте. Взрыв пара • Перед извержением слышатся взрывы, которые сопровождаются сильным волнением в бассейне. Это происходит оттого, что по боковым протокам в трубку гейзера поступает горячая вода и перегретый пар. Пар, смешиваясь в трубке с более холодной отдаёт ей своё тепло водой. Происходит быстрое испарение какого-то количества воды и из-за резкого расширения пара происходит взрыв. Часть воды, перетекая в бассейн вызывает в нём волнение. Завершение жизни гейзера • Извержения природного гейзера продолжаются очень долго и прекращаются, когда трубка достигает такой длины ,что температура воды в нижних слоях из-за очень большого давления не может дойти до точки кипения. Источник же продолжает откладывать кремнезём и превращается в глубокий водоём. Наша цель создать действующий гейзер • Так как температура воды в трубке гейзера во время «отдыха» нигде не достигает точки кипения, пар, производящий взрывы и поднимающий водяной столб, должен образовываться в боковых каналах, питающих трубку. Но гейзер может работать и без этих каналов, если ниже середины трубки есть дополнительный приток тепла. • Модель такого гейзера уже приводилась выше • Наша попытка сделать такой гейзер пока не удалась, но у нас есть цель, есть Что отличает гейзеры от других горячих источников • В случае обычных термальных источников существует постоянный баланс между теплоотводом и теплоподводом. В гейзерах же баланса нет. Теплоподвод больше теплоотвода и поэтому происходит постепенное нагревание воды в трубке гейзера, а на стадии извержения гейзера теплоотвод существенно больше теплоподвода. • Установлено что гейзеру всегда предшествует обычный термальный источник. При некоторых условиях баланс нарушается, и источник пере ходит в гейзерный режим т.е. превращается в гейзер. Отметим, что важную роль играет в данном случае изменение в процессах конвекций, происходящих в водной массе источника, а также препятсвие свободному выходу пара • Гейзеры представляют собой редкое явление Литература • Тарасов Л. В. Физика в природе.; - М., «Просвещение», 1988 • Журнал «Квант» ,1979год, №